什么是光伏電站的“超配”？
光伏組件容量和逆變器容量比，習(xí)慣稱(chēng)為容配比。光伏應(yīng)用早期，系統(tǒng)一般按照1:1的容配比設(shè)計(jì)。許多理論計(jì)算與實(shí)際的應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，以系統(tǒng)平均化度電成本(LevelizedCostOfElectricity,LCOE)最低為標(biāo)準(zhǔn)衡量系統(tǒng)最優(yōu)，在各種光照條件、組件鋪設(shè)傾斜角度等情況下，達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)的容配比都大于1:1。也就是說(shuō)，一定程度的提升光伏組件容量，有利于提升系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)效益，這就是我們談的組件超配。
要理解為什么光伏電站需要超配，我們首先需要理解幾個(gè)概念：
1、電池組件的標(biāo)稱(chēng)和實(shí)際輸出
光伏組件的輸出功率通常按照峰值功率來(lái)表述，即：峰瓦Wp。按照峰瓦的定義可知，一個(gè)275Wp組件在STC(標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：25度，1000W/m2)下，組件的輸出功率為275W。這個(gè)功率就是我們一般說(shuō)的標(biāo)稱(chēng)功率。
圖一組件電學(xué)參數(shù)
但是，在實(shí)際應(yīng)用中，光伏組件的輸出功率和接受的輻照有很大關(guān)系。因此光伏組件的瞬時(shí)的實(shí)際輸出功率是受多種因素復(fù)合的影響，一般而言，光伏組件在90%以上的時(shí)間是無(wú)法達(dá)到標(biāo)稱(chēng)功率的(即使扣除正常衰減)，部分諸如湖南、江西等地，光伏組件基本99.9%都是無(wú)法達(dá)到標(biāo)稱(chēng)，并不是因?yàn)榻M件的質(zhì)量問(wèn)題，而是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐墓庹者_(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件的光照。(嗯，部分奸商給用戶(hù)劣質(zhì)組件的發(fā)電量低也是這么解釋的，可以參考兔子君以前的如何選購(gòu)組件的文章)
2、太陽(yáng)能輻照數(shù)據(jù)的影響
圖二可以明顯的看出，光伏組件的輸出電流與光照強(qiáng)度成正比，也就是說(shuō)組件的輸出功率也是與光照強(qiáng)度成正比。
圖二光伏組件IV曲線(xiàn)
我們?cè)賮?lái)看圖三，圖三是某地區(qū)實(shí)測(cè)的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間為1min，該地區(qū)的全年水平面總輻射量為6262.5MJ/m2。逐月、月代表日逐時(shí)的輻射量如下(數(shù)據(jù)已調(diào)整為真太陽(yáng)時(shí))。
圖三某地月均總輻射值分布圖
可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐脑戮?yáng)輻照強(qiáng)度超過(guò)1000W/m2僅發(fā)生在5、6、8這三個(gè)月份月，9月數(shù)據(jù)顯然是因?yàn)樘厣珰夂蛟斐傻募w值，一般設(shè)計(jì)需要查詢(xún)過(guò)往20-25年的平均輻照數(shù)據(jù)作為參考。這就表示，如果在當(dāng)?shù)貎|1:1的組件和逆變器的容配比來(lái)進(jìn)行安裝，75%以上的時(shí)間該電站無(wú)法滿(mǎn)發(fā)。因此適量的超裝有助于提高發(fā)電量，進(jìn)而提高項(xiàng)目收益。
根據(jù)國(guó)家氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能評(píng)估中心劃分標(biāo)準(zhǔn)，將我國(guó)太陽(yáng)能資源地區(qū)分為四類(lèi)，不同區(qū)域輻照度差異較大。即使在同一資源地區(qū)，不同地方的全年輻射量也有較大差異。例如，同是I類(lèi)資源區(qū)的西藏噶爾和青海格爾木，噶爾的全年輻射量為7998MJ/m2，比格爾木的6815MJ/m2高17%。意味著相同的系統(tǒng)配置，即相同的容配比下，噶爾地區(qū)的發(fā)電量比格爾木高。若要達(dá)到相同的發(fā)電量，可以通過(guò)改變?nèi)菖浔葋?lái)實(shí)現(xiàn)。
3、系統(tǒng)損耗
光伏系統(tǒng)中，能量從太陽(yáng)輻射到光伏組件，經(jīng)過(guò)直流電纜、匯流箱、直流配電到達(dá)逆變器，當(dāng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都有損耗。直流側(cè)損耗通常在7-12%左右,逆變器損耗約1-%，總損耗約為8-13%(此處所說(shuō)的系統(tǒng)損耗不包括逆變器后面的變壓器及線(xiàn)路損耗部分)。也就是說(shuō)，在組件容量和逆變器容量相等的情況下，由于客觀存在的各種損耗，逆變器實(shí)際輸出最大容量只有逆變器額定容量的90%左右，即使在光照最好的時(shí)候，逆變器也沒(méi)有滿(mǎn)載工作。降低了逆變器和系統(tǒng)的利用率。
超配的好處
第一，提高系統(tǒng)的利用率。許多人認(rèn)為，提高的容配比會(huì)增加系統(tǒng)成本，多發(fā)的電量無(wú)法帶來(lái)收益，反而變相提高的度電成本，其實(shí)不然，在某些地區(qū)，配合儲(chǔ)能的充放后，可以提高項(xiàng)目的收益。具體測(cè)算且看兔子君下回的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算。
第二，如下圖所示，在超配后，由于發(fā)電概率超過(guò)的逆變器的限額，發(fā)電的峰被切除，這樣太陽(yáng)輻照的變化對(duì)于光伏電站的功率輸出的影響變小，甚至在電網(wǎng)層面上完全沒(méi)有影響，使得相對(duì)于火電不穩(wěn)定的光伏輸出變得穩(wěn)定可控，減少了電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的工作和成本，對(duì)于電網(wǎng)是有好處的。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，光伏電站超配在我國(guó)大部分地區(qū)均是適用的，當(dāng)然政策上是否符合國(guó)家和電網(wǎng)的政策尚需論證，但其帶為各方來(lái)的好處確實(shí)可以看見(jiàn)的。實(shí)際應(yīng)用中，超配比沒(méi)有明確的比例，1:1、1:1.15、1:1.2甚至于一些日本的光伏電站達(dá)到1:1.5，都是根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，最大化投資者的收益。鑒于篇幅和兔子君的知識(shí)所限，如果各位有其他關(guān)于超配的想法和建議歡迎跟兔子君交流。對(duì)于電站超配的政策性及經(jīng)濟(jì)性分析且聽(tīng)兔子君下回分解。
